FAST Lognoter : integración de herramientas para el cálculo de aerogeneradores ‘Offshore’

El crecimiento de las energías renovables, y en concreto de la energía eólica marina, propician el desarrollo de herramientas que permitan un estudio completo del aerogenerador (‘Offshore’). Hasta el momento, se ha dedicado un gran esfuerzo al desarrollo de códigos que permitan un estudio profundo de los mismos. En este trabajo se presenta la herramienta FAST Lognoter, resultado de la integración de otras dos: por un lado del código FAST (Fatigue, Arerodynamics, Structures and Turbulence desarrollado por NREL, http://wind.nrel.gov), que es una completa herramienta para la simulación del cálculo aeroelástico, capaz de predecir las cargas extremas y de fatiga de aerogeneradores de 2 y 3 palas, y por el otro de Lognoter (desarrollado por Compass IS, http://www.compassis.com), una aplicación de propósito general para la gestión y creación de formularios en Ingeniería. La integración de las dos aplicaciones ha dado lugar a una herramienta completa y versátil, que se valida en este trabajo mediante casos documentados en la bibliografíaEscuela Técnica Superior de Ingeniería IndustrialUniversidad Politécnica de Cartagen

Modelización de una cuaderna maestra mediante software de reglamentación. Uso de las TIC como herramienta docente

[SPA]La propuesta innovadora dada en este trabajo queda enmarcada dentro de la asignatura “Construcción Naval en Materiales Compuestos”, en la Titulación Ingeniería Naval y Oceánica. Así pues, mediante esta metodología se pretende que el alumnado adquiera aquellas competencias que le permitan realizar el diseño y optimización del escantillonado de diferentes embarcaciones. El punto de partida de esta propuesta viene enmarcada dentro del ámbito del denominado “Plan Bolonia”, y el uso de las TIC (“Tecnologías de la Información y Comunicación”) para la adquisición de nuevas competencias por parte del alumnado y en donde se pretende sustituir el soporte papel por la tutorización de trabajos mediante vídeo explicativos que arrancan desde la descripción de las características principales del buque hasta la modelización completa de cada una de las partes correspondientes a la sección maestra del mismo; es decir, fondo, costados, cubiertas, refuerzos... El software utilizado en la modelización es “Special Service Crafts” dado por la Sociedad de Clasificación Lloyd´s Register of Shipping. Es preciso indicar que el enfoque de esta nueva metodología facilita al alumno la comprensión en el manejo de herramientas informáticas, así como también el análisis y comprensión de la estructura de una embarcación en materiales compuestos. Además queda patente su posterior aplicación en la vida profesional del Ingeniero Naval donde gran parte de los proyectos de construcción de nuevos buques quedan al amparo de software como el utilizado en esta nueva metodología utilizada para la adquisición de nuevas competencias por parte del alumno. [ENG]A innovative purpose forms into the subject called “Composite Materials in Ship Construction”, is given in this work, in the Oceanic and Naval Engineering. So, the studends get the ability to design and optimize the scantling of different boats which is intended by means of new methodology. The goal intended of this purpose is placed in “Space European of Superior Education” and the use of TIC (“Technologies of Information and Comunication”) to get some new abilities and the substitution of the paper for guide videos which start from descripction of main characteristics of each corresponding part of main section of ship modeled, that is to say, buttom, side shells, decks, stiffners. The software used in the modelling of the main section is “Special Service Crafts” given by Classification Society Lloyd´s Register of Shipping. It is necessary to remark that this new methodolgy helps the students to know the handling computer software, so It also makes easy the analysis and understanding the composite structure of ship. Furthermore It is reflected the application in a future work of Naval Architect, since most of new ship projects will be placed in the field of this new methodology used to get new abilities by the student.Campus Mare Nostrum, Universidad Politécnica de Cartagena, Universidad de Murcia, Región de Murci

Desarrollo de herramientas software para el análisis de aerogeneradores "offshore" sometidos a cargas acopladas de viento y oleaje

[ESP] Un cambio hacia un modelo energético sostenible requiere del desarrollo de nuevas tecnologías que permitan un abaratamiento de la electricidad. Ha quedado demostrado que la energía eólica puede ayudar de forma significativa a este cambio. A pesar de esto, las limitaciones para la instalación de nuevos parques eólicos en tierra han llevado a explorar nuevos horizontes, entre ellos el mar. La energía eólica marina surge como una solución para estas limitaciones. El trabajo que se desarrolla a lo largo de esta Tesis está encaminado a contribuir al estudio y al desarrollo de este campo a través de diversas herramientas que permitan abordar el estudio de un aerogenerador marino flotante. El estudio del comportamiento de aerogeneradores en alta mar, así como la mejora de su diseño, constituye retos científicos y tecnológicos. El campo de trabajo es pluridisciplinar, abordando diversas ramas de la Ingeniería, desde la hidrodinámica a la aerodinámica, pasando por los sistemas que permiten su emplazamiento en alta mar. En esta dirección, en la presente Tesis se desarrollan tres herramientas destinadas al estudio de las diferentes partes del sistema aerogenerador, entendiendo éste como un conjunto en el que se integran el aerogenerador propiamente dicho (turbina), la plataforma, y los sistemas de fondeo. En primer lugar, se aborda el desarrollo de una herramienta/código que permita el estudio aeroelástico integral de un aerogenerador. Para ello, se parte de uno de los códigos de mayor relevancia en el ámbito, FAST/AeroDyn. Se usa programación XML y Tcl/Tk, para desarrollar el software. La herramienta desarrollada se aplica al estudio de un aerogenerador marino tipo, llevando a cabo una reducción de peso, con el objetivo de una mejora en la estabilidad del sistema. A continuación, se presenta otro código dedicado a la estimación rápida del comportamiento de aerogeneradores marinos flotantes, aplicando las ecuaciones linealizadas de Morison para la obtención de las solicitaciones del oleaje sobre la estructura. Como antes, se emplea programación XML y Tcl/Tk para llevar a cabo el desarrollo de la herramienta. Puesto que FAST permite linealizar el comportamiento de un aerogenerador para unas determinadas condiciones de viento, resulta posible establecer un procedimiento para el uso conjunto de las dos primeras herramientas desarrolladas, y así obtener las llamadas funciones de transferencia de un sistema aerogenerador marino. La tercera herramienta que se expone permite el estudio del comportamiento dinámico de los sistemas de fondeo de cualquier estructura oceánica. Para ello, se emplea el Método de los Elementos Finitos (MEF), y se utilizan esquemas de integración temporal del tipo Bossak–Newmark para estimar el comportamiento y la tensión de las líneas de fondeo. El código de análisis presentado constituye un avance en el campo en estudio, ya que se presenta de forma acoplada a un potente solver hidrodinámico, denominado SeaFEM, que permite estimar la respuesta de una estructura oceánica frente a la acción del oleaje en el dominio temporal, mediante el uso del MEF. La integración con SeaFEM se realiza mediante programación C++. Se desarrollan también algoritmos de interacción estructura–fondeo. Se exponen al final de esta parte una serie de ejemplos de aplicación, y la validación de la herramienta desarrollada. Como colofón al trabajo que se presenta, se lleva a cabo el análisis integral de un aerogenerador marino flotante, basado en un modelo de boya Spar. El estudio se lleva a cabo mediante SeaFEM considerando cargas hidrodinámicas originadas por estados de mar irregular, las cargas de viento y las cargas debidas a corrientes marinas además de la interacción con los sistemas de fondeo. [ENG] The change of direction towards sustainable energetic model requires a technology development to get a price reduction of electricity. In the last years, Wind Energy has demonstrated that it can be helpful to this change. Notwithstanding, there are clear limitations in the installation of onshore wind farms. These lead to explore new horizons, such as ocean. Offshore Wind Energy is raised like a solution of the limitations in Onshore Wind Energy. Present work contributes to the study Offshore Wind Technology by means of tools development, which can produce useful coupled analysis on offshore wind turbines. The studies in Offshore Wind Technology constitute a challenge from the scientific, technological, and engineering point of view. The field is wide, from aerodynamics to hydrodynamics, passing through mooring systems. Therefore, three tools are developed in this Thesis to tackle different parts of the offshore wind turbine system. First of all, tool for whole aeroelastic analysis of wind turbine is treated. FAST/AeroDyn, one of the most relevant codes for analysing wind turbines is used. The programming with XML and Tcl/Tk allow us to make Graphical User Interface (GUI) for integrating FAST/AeroDyn software. This code is applied to the study of a typical offshore wind turbine. Weight reduction is carried out through the GUI. So, better stability is achieved. Then, a code for evaluating the behaviour of floating wind turbines, and also floating structures made by slender elements, is presented. Tool is based on linearized Morison equations. XML and Tcl/Tk languages are employed for programming the GUI. Since FAST allows us to obtain the linearization of wind turbine for given wind conditions, a procedure to carry out coupled linear analysis can be established, thus obtaining the Response Amplitude Operator (RAO) curves of the wind turbine. Last application is developed for evaluating the dynamic behaviour of mooring system in offshore structures. The Finite Element Method (FEM) along with time integrator schemes like a Bossak–Newmark method, are used to get dynamics and tension of mooring lines. This new code constitutes an advance of this field. Code is linked with a powerful hydrodynamic solver called SeaFEM using C++ programming, which permits us to obtain the dynamic behaviour of floating devices using FEM in time domain. Algorithms to couple the dynamics of mooring lines between floating devices are also developed. Some examples and code validations are exposed, at the end of this part. The culmination of the Thesis is obtained by means of integral analysis of an offshore wind turbine, based on a Spar buoy type. The integral analysis includes wind and hydrodynamics loads, along with currents loads, as well as the mooring coupling interactions.Universidad Politécnica de Cartagen

Non-linear dynamic analysis of the response of moored floating structures

© 2016 Elsevier Ltd. The complexity of the dynamic response of offshore marine structures requires advanced simulations tools for the accurate assessment of the seakeeping behaviour of these devices. The aim of this work is to present a new time-domain model for solving the dynamics of moored floating marine devices, specifically offshore wind turbines, subjected to non-linear environmental loads. The paper first introduces the formulation of the second-order wave radiation-diffraction solver, designed for calculating the wave-floater interaction. Then, the solver of the mooring dynamics, based on a non-linear Finite Element Method (FEM) approach, is presented. Next, the procedure developed for coupling the floater dynamics model with the mooring model is described. Some validation examples of the developed models, and comparisons among different mooring approaches, are presented. Finally, a study of the OC3 floating wind turbine concept is performed to analyze the influence of the mooring model in the dynamics of the platform and the tension in the mooring lines. The work comes to the conclusion that the coupling of a dynamic mooring model along with a second-order wave radiation-diffraction solver can offer realistic predictions of the floating wind turbine performance.Postprint (published version

Hydrodynamic analysis of a Semisubmersible Floating Wind Turbine. Numerical validation of a second order coupled analysis

A finite element method for the solution of the up-to-second-order wave diffraction-radiation problem in the time-domain is proposed. The solver has been validated against experimental data available for the HiPRWind semisubmersible platform (designed for floating wind turbines). To perform the validation, the wave diffraction-radiation solver is coupled to a body dynamics and mooring solvers in the time-domain. The HiPRWind movements and mooring forces have been compared for a large number of test cases, including decay tests, bichromatic, and irregular waves. Good agreement has been found for both, body movements and mooring forces

Estacionalidad del tráfico de cruceros en las Islas Canarias y la complementariedad entre rutas de crucero

[ESP] España es una potencia europea receptora de tráfico de cruceros, con actividad crucerista en los puertos de sus tres zonas litorales. El presente trabajo determina el patrón de estacionalidad, y su evolución, del tráfico de cruceros en los puertos de las Islas Canarias con objeto de determinar si existe complementariedad estacional entre zonas de crucero españolas. Como método para analizar la evolución de la estacionalidad se aplica el Coeficiente de Variación. En la determinación del patrón de estacionalidad y su evolución, se emplea una serie temporal compuesta de 120 observaciones mensuales correspondientes al periodo de 2005 a 2014. [ENG] Spain is a European leader in cruise tourism, with cruising activity in its three coastal areas. This paper analyses cruise traffic seasonality pattern and its changes in the Canary Island ports in order to determine if there is seasonal complementarity between Spanish cruising regions. The analysis of the changes in seasonality is conducted using the coefficient of Variation. To determine the seasonality pattern and its changes is used a time series composed of 120 observations corresponding to monthly registers of the period 2005-2014.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferr

Tool development based on FAST for performing design optimization of offshore wind turbines: FASTLognoter

The new engineering FASTLognoter software is presented. This code is essentially the result of the integration of two tools, along with some additional features. Thefirst basis tool is FAST (developed by NREL), a comprehensive aeroelastic simulator code for wind turbines. The second basis tool is Lognoter (developed by CompassIS), a general-purpose commercial software for managing and creating engineering forms. The integration of FAST and Lognoter gives a useful, comprehensive and versatile toolkit, which is verified in this work by means of bibliographic documented cases. An important advantage of the tool presented is the parametric design capability, allowing the user of FAST/AeroDyn/HydroDyn codes to analyze a massive group of cases; therefore, optimal design can be carried out

Seakeeping analysis of monohull ships at preliminary design using artificial neural networks

Nowadays seakeeping is mostly analysed by means of model testing or numerical models. Both require of a significant amount of time and of the exact hull geometry, and this is why seakeeping is not taken into account at the early stages of ship design. Then, the main objective of this work is the development of a seakeeping prediction tool to be used in the early design. Hence this tool must be fast, accurate, and must not require the exact hull shape. To this end, an artificial intelligence (AI) algorithm has been developed. This algorithm is based on artificial neural networks (ANN) and only requires the ship coefficients of forms. The methodology developed to obtain the predictive algorithm is presented as well as the database of ships used for training the ANN. The training data were generated using a seakeeping code based on the boundary element method (BEM). Also, the AI predictions are compared to the BEM results using both, ship shapes from the training database and from outside. As a result it has been obtained an AI tool capable of predicting seakeeping almost instantly for a wide range of monohull merchant ships. And the difference in results, with respect to the BEM code used for the training, is lower than 5%

Nuevos conceptos en la mejora medioambiental del entorno portuario

La tendencia actual en la legislación medioambiental lleva a la regulación y actuación en materia de reducción en las emisiones contaminantes originadas por los buques durante su estancia en puerto. Esto obliga a las autoridades al desarrollo de estrategias para llevar a cabo esta reducción en las emisiones contaminantes. En el presente artículo se expondrá un nuevo concepto en desarrollo: “Onshore Power Supply" (OPS). Además, se planteará una nueva concepción de esta estrategia (OPS 2.0), es decir su combinación con la generación de energía procedente de fuentes renovables, llevándola hacia una aplicación práctica al ámbito portuario de Cartagena y evaluando su repercusión en la calidad ambiental de la ciudad.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostru

Computer programming of free GUIs for the analysis of the behaviour of marine structures

This work presents the development of two free Graphical User Interfaces (GUI), called FASTLognoterand MorisonForm, both ocused on the analysis of the behaviour of offshore structures, especially of offshore wind turbines. The first one is related to the aeroelastic analysis of wind turbines, and the second is concerned with the seakeeping of marine tructures. The development of these tools has been carried out using a powerful software called Lognoter. This tool is free software for Knowledge Management in Technology (KMT), which integrates computer programming for allowing the development of GUIs. These GUIs give an open platform for conducting a parametric study of the structural and dynamic behaviour of marine structures. heir coupling permits the user to set a suitable way to evaluate new concepts in marine structures. Finally, an application for the intensive analysis of offshore wind turbines is shown.Postprint (published version